Расчетная часть

Проанализируйте, соответствует ли реализованный режим стерилизации требуемому. Для этого по справочным источникам в зависимости от типа консервированного продукта и емкости тары, в которую он упакован, найдите рекомендуемый режим стерилизации, сопоставьте длительность (фактическую) периодов прогрева и охлаждения с требуемой. Дайте ориентировочную оценку возможности дальнейшего использования этого режима при производстве консервов данного сорта.

Определите фактическую производительность автоклава G (кг/с)

, (5.8.1)

где М_н - масса простерилизованного продукта, кг,

  , (5.8.2)

где m_н - масса продукта в банке нетто, кг; z - количество единовременно загруженных банок, шт.

Полная длительность цикла работы автоклава (с)

  . (5.8.3)

где - время составляющих цикл операций загрузки, прогрева, стерилизации, охлаждения и выгрузки соответственно, с.

Определите максимальное количество банок, которое можно загрузить в автоклав z_max (шт.)

, (5.8.4)

где D, Н - диаметр и высота цилиндрической части стерилизационной камеры соответственно, м; d, h - диаметр и высота банки соответственно, м.

Найдите фактический удельный расход энергии на стерилизацию (кДж/кг)

, (5.8.5)

где - показания счетчика, кВт×ч.

Рассчитайте расход теплоты на проведение одного цикла работы автоклава (кДж)

  , (5.8.6)

где Q₁ - расход теплоты на нагрев автоклава, кДж,

  ,

здесь М₁ - масса автоклава, кг; с₁ - удельная теплоемкость стали, кДж/(кг×К); t_с, t₁ - температура стерилизации и начальная автоклава соответственно, ⁰С;

Q₂- расход теплоты на нагрев банок, кДж,

  , (5.8.7)

где m_б - масса пустой банки, кг; с_б - удельная теплоемкость материала банки, с_б»с₁ кДж/(кг×К); t₂ - начальная температура банки, ⁰С;

Q₃ - расход теплоты на нагрев продукта, кДж,

  , (5.8.8)

здесь с₃ - удельная теплоемкость продукта, кДж/(кг´К); t₃ - начальная температура продукта, ⁰С; t₃»t₂;

Q₄ - расход теплоты на нагрев воды в автоклаве, кДж,

, (5.8.9)

здесь М₄ - масса воды в автоклаве, кг; с₄ - удельная теплоемкость воды, кДж/(кг×К); t₄ - начальная температура воды, ⁰С. (Прогрев банок с продуктом в камере стерилизации осуществляется паром, полученным в водопаровой камере. При этом пар конденсируется, а теплота, затраченная на испарение, передается консервам. Поэтому расход теплоты на получение пара не включается как тепловой в статьи расхода);

Q₅ - потери теплоты в окружающую среду, кДж,

  , (5.8.10)

здесь F - площадь поверхности автоклава, м²; - коэффициент теплоотдачи от стенок аппарата в окружающую среду, эффективный для периода прогрева, кВт/(м²×К); - продолжительность прогрева, с; t₆, t₅ - температуры стенки автоклава в период прогрева, средняя и воздуха в помещении, ⁰С. (При этом в первом приближении можно считать, что температура стенки аппарата в начальный момент равна температуре воздуха и меняется во время прогрева линейно).

Q₆ - расход теплоты в период собственно стерилизации, кДж,

, (5.8.11)

здесь - эффективный коэффициент теплоотдачи от стенок аппарата в окружающую среду, для периода стерилизации, кВт/(м²×К); - продолжительность стерилизации, с; t₇ - температура стенки автоклава в период стерилизации, ⁰С; i- энтальпия конденсата, кДж/кг. В первом приближении можно считать, что температура наружной поверхности стенки аппарата равна температуре находящихся в нем пара и воды.

Определите потери теплоты в окружающую среду в период стерилизации (кДж)

  . (5.8.12)

 В первом приближении можно считать, что значения эффективных коэффициентов теплоотдачи от стенок аппарата равны, т.е. » . Тогда соотношение потерь теплоты в период прогрева и стерилизации будет иметь следующий вид:

, (5.8.13)

и в целях упрощения измерений и расчетов можно считать, что

  . (5.8.14)

 Рассчитайте затраты теплоты в период прогрева (кДж)

, (5.8.15)

 и сопоставьте их с фактическим расходом теплоты (кДж), определяемым по показаниям счетчика,

  . (5.8.16)

 Выявите наиболее вероятные причины расхождения этих значений.

Рассчитайте затраты теплоты на весь цикл стерилизации Q_ф (кДж) и сопоставьте ее с фактическим расходом теплоты

  . (5.8.17)

 Выявите наиболее вероятные причины расхождения этих величин.

Определите фактический КПД (%) автоклава (средний за цикл)

. (5.8.18)

Предложите пути повышения КПД автоклава.

Учитывая, что цилиндрическая часть водопаровой камеры автоклава изготовлена из стали 1Х18Н9Т, рассчитайте ее толщину S_к (мм) по формуле

  , (5.8.19)

где =2,5 атм (кгс/см²) - внутреннее давление; =350 мм - внутренний диаметр; =13,5 кг/мм² - допустимое напряжение на растяжение; =0,95 - коэффициент прочности; C=1 мм - прибавка на коррозию.

Толщину стенки днища водопаровой камеры (мм) определите по формуле

, (5.8.20)

где D_н=354 мм - наружный диаметр; y₁=2,35 - фактор формы; =18 кг/мм² - допустимое напряжение на растяжение.

Стерилизационная камера автоклава, изготовленная также из стали 1Х18Н9Т, испытывает наружное давление р (атм). Проведите проверочный расчет на критическое давление р_кр (атм) по формуле

, (5.8.21)

где Е=2×10⁶ атм (кгс/см²) - модуль нормальной упругости стали; h=0,3 см - толщина стенки; n=4,8 - геометрический фактор; R=15 см - внутренний радиус цилиндра; =0,3 - коэффициент Пуассона; - расчетный коэффициент; l=32,5 см - длина цилиндра.

Рассчитайте толщину стенки днища стерилизационной камеры (мм) по формуле

  , (5.8.22)

где р_р=3 атм (кгс/см²) - рабочее давление; =306 мм - наружный диаметр; y₂=2 - фактор формы; =18 кг/мм² - допустимое напряжение на растяжение.